BDD薄膜电极电催化氧化降解DDNP生产废水动力学研究

摘 要：本文以bdd薄膜电极为阳极，铜片为阴极，运用电化学氧化技术来处理DDNP生产中所产生的废水，主要对CODcr去除率的各种实验因素的影响进行了相应的动力分析，并且建立相关的动力方程式。根据实验结果可知：BD薄膜电极电催化氧化DDNP生产中的废水反应是符合一级反应动力学的研究规律，而反应速率的常数通常受生产废水的初始浓度、电解质、槽电压等相关因素的影响。

关键词：BDD薄膜电极 反应速率常数 槽电压 初始浓度

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0146-02

电催化氧化技术广泛应用于印染废水、造纸废水、制革废水等许多难降解有机废水处理中，废水中的的色度、氨氮、CODcr去除率都比较高，近年来电催化氧化法受到人们广泛关注，被人们称为降解难降解有机废水的“环境友好技术”[1，2]。近年来，BDD薄膜电极作为一种新型电极材料，一直是环境化学领域的研究热点。该电极材料抗腐蚀性强、硬度高透光性好，高热传导性，耐热性好、抗辐射性强。ddnp是国内产量最大，应用最为广泛的起爆药。DDNP生产废水成暗红色，色度和CODcr值都相当高，难于降解，并且毒性强，具有致畸影响，国内经济有效的的DDNP生产废水处理技术还不成熟[3～4]。本文以BDD薄膜电极为阳极，铜片为阴极，通过使用电化学催化氧化技术处理DDNP生产废水，对影响CODcr去除率的因素进行动力学分析，建立相关动力学方程。

1 实验部分

实验用水取自某化工厂，水样呈暗红色，pH值为12.4，水样原始CODcr值为10000 mg/L，色度高，含有二硝基重氮酚、硫化物、酚类等许多难降解有毒物质。本实验使用循环泵，取样时间间隔为30 min，采用重铬酸钾法测定每个时间段的水样CODcr值。通过计算CODcr去除率来反映BDD薄膜电极的电解效率。

2 结果与讨论

2.1 BDD薄膜电极电催化氧化机理

BDD薄膜电极电催化氧化DDNP生产废水时，认为可以做下面两点假设。

（1）电催化氧化反应主要取决于BDD薄膜电极表面产生的羟基自由基OH。

（2）在反应进行中不会发生羟基自由基OH的累积效应。

当使用BDD薄膜电极作阳极时主要的氧化性物种・OH通过如下过程产生：；

总反应速率方程可表示为：

；

由于在一定的电化学体系中羟基自由基达到了稳态浓度，可以认为[・OH]浓度为一常数。假定；所以。

2.2 电化学反应条件与反应速率的关系

2.2.1 槽电压对反应速率的影响

根据电催化反应相关动力学原理，在6 V、9 V和12 V三种槽电压下，通过对不同反应时间的ln（COD0/CODt）与t作线性拟合，得出ln（COD0/CODt）与t在实验范围内呈现线性关系，显然符合一级动力学关系，相关一级反应动力学方程及参数见表1。

从表1中数据可以看出，反应速率常数受槽电压影响很大。为研究槽电压与反应速率常数k之间的关系，设k=k1×vn，式中n为槽电压对反应速率常数影响的方次数。两边同时取对数可将上式变成lnk=lnk1+nlnv。通过线性拟合，得出lnk=1.3832lnv-9.3783，R2=0.9988，n≈1.4，即反应速率常数与槽电压的1.4次方呈线性关系。

2.3 初始浓度与反应速率的关系

从表2中数据可以看出，反应速率常数受初始浓度影响较大。为研究槽电压与反应速率常数k之间的关系，设k=k2×cn，式中n为初始浓度对反应速率常数影响的方次数。两边同时取对数可将上式变成lnk=lnk3+nlnc。通过线性拟合，得到lnk=-0.236lnc-4.5494，R2=0.9716，n≈-0.24，即反应速率常数与初始浓度的-0.24次方呈线性关系。

2.4 溶液导电性能对反应速率的影响

从表3中得知，在不同电解质NaCl投加量下，电催化氧化反应的动力学常数分别为：0.0018 min-1（NaCl为1 g/L）、0.0017 min-1（NaCl为0.5 g/L）、0.0014 min-1（NaCl为2 g/L），当NaCl投加量为1g/L时DDNP生产废水CODcr降解效果最好；电催化氧化反应降解过程符合准一级动力学规律，反应速率常数受溶液导电性影响较小。

3 结论

DDNP生产废水成分复杂，由于本次实验反应条件有限，无法确定BDD薄膜电极电催化氧化降解DDNP生产废水的反应产物，进而无法建立基元反应模型。因此，各反应因素对CODcr去除率的影响通过幂函数的动力学方程来反映，结论如下：

BDD薄膜电极电催化氧化处理DDNP生产废水的反应过程符合一级反应动力学规律。槽电压和废水初始浓度对反应速率常数影响较大，溶液导电性对反应速率常数影响较小。反应速率常数分别与槽电压的1.4次方、废水初始浓度的-0.24次方成线性关系。

总动力学方程表示为：

其中：v为槽电压；c0为溶液初始浓度。

参考文献

[1] 周启光，周恭明.电催化氧化处理有机废水的应用现状和展望[J].上海：福建环境，2003，20（3）：35-36.

[2] 矫彩山，孙艳，门雪燕，等.电催化氧化技术处理难生化有机废水的研究现状及进展[J].环境科学与管理，2007，32（1）：107-110.

[3] 王海云，赵仁兴.DDNP废水处理方法研究综述[J].爆破器材，2002，31（5）：25-28.

[4] 周爱培.二硝基重氮酚生产污水处理研究[J].爆破器材，1994，23（4）：12-13.